KR20210117336A - 골질을 측정하기 위한 방법 및 도구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 골질을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

골질을 측정하기 위한 방법 및 도구
본 발명은 수술 분야, 보다 구체적으로는 치과 수술 및 임플란트학에 관한 것이다.
골질을 결정하는 방법의 맥락에서, 두 가지 유형의 평가 방법을 분류하는 것이 가능하다. 한편으로는 침습적 방법, 즉 품질을 평가할 뼈를 드릴링하는 동안 얻어진 경험적 데이터를 기초로 하는 방법이고, 다른 한편으로는 예를 들어 X-선 또는 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging; MRI)과 같은 의료 영상 기술을 사용하는 비침습적 방법이다.
임플란트의 식립을 위한 부위의 준비 동안에 수행되는 골질(즉, 기계적 저항)의 평가 방법이 특허 문헌 W02008052367에 설명되어 있다. 이러한 문헌은 뼈에 구멍을 형성한 후에 특정 기구를 사용하여 뼈의 기계적 저항의 특성을 결정하는 것을 명시하고 있다. 특성화되어야 할 특성은 한편으로는 구멍 내부에 가해지는 압력에 의해 유발되는 기계적 변형이고, 다른 한편으로는 구멍을 기계적으로 변형하기 위해 구멍에 삽입된 도구에 인가되는 비틀림 모멘트 또는 토크이다.
이번에는 대퇴골과 같은 큰 치수의 뼈의 경우에 적합한 유사한 방법이 문헌 WO2012083468에 개시되어 있으며, 이 문헌은 또한 이러한 절차에 적합한 핸드피스(handpiece)를 개시하며; 이러한 경우에, 구멍의 기계적 변형과 인가된 토크를 연관시키기 위해 드릴링 방향과 반대 방향으로 드릴링 도구를 회전시킴으로써 뼈의 기계적 저항이 측정된다. 드릴링 도구는 또한 대칭적인 형태를 가지며, 이는 드릴링 도구가 2개의 회전 방향, 즉 절삭을 위한 제1 방향과 측정을 위한 제2 방향으로 재료를 추출할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 측정을 위한 반대 방향으로의 회전은 뼈를 파열(fracture) 또는 손상시킬 위험이 있기 때문에, 이러한 방법은 치과용 임플란트의 경우에는 적합하지 않다. 실제로, 치과용 임플란트의 준비를 위한 모든 드릴 비트(drill bit) 및 드릴은 나사체결 방향(screwing direction) 및 나사풀림 방향(unscrewing direction)을 가지며, 나사풀림 방향은 골 재료의 인열을 야기하지 않고 드릴링 도구를 제거할 수 있다.
문헌 US7878987은, 그 일부에서, 파열에 대한 전체 뼈의 저항에 대한 최소-침습적 평가를 위한 특정의 대안적인 해결책을 제안한다. 이러한 경우에, 시스템은 뼈의 표면에 도달하기 전에 환자의 피부와 연조직을 통과할 수 있다. 다음에, 뼈 내부에 매우 미세한 테스트 블레이드/프로브(test blade/probe)를 가압함으로써(프로브의 회전 없이, 압입(indentation)) 측정이 수행된다. 뼈에 침투하고 추출되기 위해 블레이드/프로브에 인가되는 힘의 측정은 뼈의 파열 위험의 평가를 확립하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 뼈의 품질을 평가하기 위해 치과용 임플란트학에 특히 적합한 어떠한 방법도 존재하지 않는다.
현재, 이러한 특정 기술 분야에서, 치과용 임플란트를 위한 뼈의 골질의 정성적 평가를 위한 유일하게 인정된 방법은 하기에 설명되는 것과 같은 비침습적 방법이다:
- 마이크로파를 사용하여 골다공증을 검출하기 위한 도구를 설명하는 특허 문헌 JP2000245736;
- ROSHOLM 등의 미국 특허 문헌 US 6,763,257은 방사선 측량법(radiogrammetry)을 사용하는 골질 평가의 방법을 설명하고;
- NI 등의 미국 특허 출원 US2003/0057947은 뼈의 다공성을 결정하기 위한 자기 공명에 기초한 기술을 설명한다.
그러나, 이러한 비침습적 방법은 골질의 어떠한 정량적 측정도 제공하지 않으며, 따라서 골질의 충분히 정확한 공간적 프로파일을 규정할 수 없기 때문에, 최적의 임플란트 전략을 규정하는 데 사용하기에는 너무 부정확한 것으로 간주된다.
따라서, 이러한 알려진 제한을 갖지 않는 해결책에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 보다 정확하고 보다 효과적인, 골질을 결정하기 위한 새로운 방법뿐만 아니라 새로운 측정 장치를 제안하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 통상적인 작업 절차에 대한 추가 측정 단계를 필요로 하지 않고 특정 기구나 특정 조작을 요구하지 않으면서 상이한 골 영역의 명확한 공간적 프로파일을 제공하는 것이다.
이들 목적은 청구항 1의 주 장치의 특징에 의해 달성된다.
제안된 해결책의 장점은 치과용 임플란트 부위의 준비를 위한 드릴링 동안에 골질을 정량적으로 측정하는 것을 가능하게 하는 방법을 도입한다는 점이다. 이러한 절차는 특정 장치를 추가할 필요 없이 마이크로 모터 및 콘트라-앵글 감속기(contra-angle reducer)(일반적으로 20:1의 기어비를 가짐)로 구성된 표준 임플란트 키트를 사용하는 것을 가능하게 한다.
그러한 방법은 또한, 보충적인 작업 단계를 추가하거나 환자를 전통적인 드릴링 작업보다 더 침습적인 작업에 노출시킬 필요 없이, 임플란트 준비의 모든 단계 동안에 일련의 측정을 수행하는 것을 가능하게 한다. 특히, (W02008052367에 개시된 해결책의 맥락에서 요구되는 바와 같은) 압력 및/또는 비틀림을 통한 변형이 필요하지 않다.
제안된 해결책에 의해 제공되는 다른 중요한 이점은 제안된 정량적 측정의 정밀도와 관련이 있다. 다시 말해서, 정량적 측정은 임플란트 부위에서의 골질을 분류할 뿐만 아니라 뼈의 표면으로부터 그 깊이까지의 골질의 공간적 프로파일을 재구성하는 것을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 얻어진 측정치는 뼈의 표면으로부터 뼈의 내부를 향한 골질의 정확한 공간적 프로파일을 제공하고, 뼈의 외부면 근처의 피질 영역, 즉 가장 단단한 영역으로부터 뼈의 내부에 있는 보다 연한 섬유주(trabecular) 또는 근첨 영역(apical region)으로의 전이 구역을 식별한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 골질은 전류를 직접 측정하지 않고서도 전류 미분 측정치로부터 직접 도출된다. 이것은 토크 값을 얻고 결국 골질을 산출하는 토크의 미분을 얻기 위해 전류 신호를 후처리할 필요성을 제거하여, 계산 프로세스를 단순화시킬 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 드릴링 도구는 최소 값과 최대 값 사이의 가변 직경 프로파일을 가지며, 최소 값과 최대 값 사이의 비율은 적어도 2와 동일하다. 이러한 경우에, 전류 및 토크의 미분은 직경의 최대 값을 갖는 드릴링 도구의 부분에만 의존하는 것으로 가정될 수 있다. 양 LF(또는 Lf)는 최대 직경을 갖는 부분의 길이를 규정한다. 전류 미분의 공간적 거동이 드릴링 도구의 최대 직경 부분의 침투 깊이에만 의존한다는 것을 보장하기 위해, 최대 직경과 최소 직경 사이의 비율은 2 이상이어야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 골질을 측정하기 위한 장치는 콘트라-앵글의 로터의 정확한 배향을 알기 위한 홀 센서, 자기 센서, 광학 또는 전기 센서와 같은 각도 센서, 및 드릴 비트의 정확한 배향을 결정하기 위한 인덱싱 시스템을 더 포함한다. 따라서, 드릴링 비트가 완전한 회전을 할 때마다 충분한 측정 데이터가 수집되는 것(예를 들어, 10배)을 보장하면서, 골질의 각도 분포를 추가로 얻는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 골질을 측정하기 위한 장치는 압출된 직경이 드릴 비트의 평균 직경보다 적어도 20% 더 큰 것을 생성하는 비원형의 비대칭 드릴 비트를 포함한다. 그러한 특수 드릴링 도구 덕분에, 침투 깊이의 함수뿐만 아니라 각도 배향의 함수로서 골질의 변동을 아는 것이 가능하기 때문에, 골질의 3D 표현을 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 변형 실시예에 따르면, 골질을 측정하기 위한 장치는 특정 드릴 비트, 핸드피스 또는 모터에 따라 분류 기준을 규정할 수 있게 하도록 하는 교정 및 벤치마킹 도구를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 예로서 주어진 하기의 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정 장치의 다른 기능 부분의 논리적 개략도이고;
도 2a 및 도 2b는 치과용 임플란트 분야에서 통상적으로 사용되는 드릴 비트와, 피질 및 섬유주 구역을 강조하는 인공 뼈의 단면도를 개략적으로 도시하고;
도 3a 및 도 3b는 시간의 함수로서 2개의 상이한 유형의 인공 뼈에 대한 본 발명에 따른 모터에 의한 전류 소비량의 그래프와, 본 발명의 실시예에 따른, 2개의 뼈 각각에서 깊이의 함수로서 모터에 의해 가해지는 토크의 개략도를 각각 도시하고;
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있는 2개의 상이한 유형의 드릴 비트를 도시하고;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전류 값의 도함수로서 골질 값이 어떻게 직접적으로 산출되는지를 보여주는 상태도를 도시하고;
도 6a 및 도 6b는 깊이의 함수로서 이전에 도 3a 및 도 3b에 도시된 2개의 상이한 유형의 인공 뼈에 대한 모터에 의해 소비된 전류의 전류 미분 그래프와, 2개의 뼈 각각에서 또한 깊이의 함수로서 결과적인 골질의 개략도를 각각 도시하고;
도 7a 및 도 7b는 이전에 도 4a에 도시된 드릴과 같이, 최대 직경의 길이(Lf)가 0.5 ㎜인 특수 드릴로 드릴링 작업이 수행된 경우의 도 6a 및 도 6b와 동일한 도면을 도시하고;
도 8a 및 도 8a는 뼈의 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 전이 영역의 2개의 단면도로서, 시상 단면도와, 도 8a에 도시된 수평 평면 A-A를 따른 수평 단면도를 각각 도시하고;
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각도 센서를 포함하는, 드릴 비트가 장착된 핸드피스의 시상 단면도와, 핸드피스 상에 장착된 이러한 각도 센서의 확대도를 각각 도시하고;
도 10은 비대칭 드릴 비트를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핸드피스의 측면도를 도시하며;
도 11은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 교정 도구의 개략도를 도시한다.
본 출원의 맥락에서, 표현 "콘트라-앵글(contra-angle)"은 의사, 특히 치과 의사의 임의의 작업 도구를 지칭하는 일반적인 용어로서 사용된다. 마찬가지로, 용어 "모터"는 콘트라-앵글에 통합되고 기어링(gearing)이 사전지정된 감속 계수를 결정하는 운동학적 체인에 의해 드릴링 도구에 전달되는 기계적 운동(특히 회전 운동, 그렇지만 가능하게는 선형 운동, 진동 운동 등)을 생성할 수 있는 장치를 보편적으로 지칭한다. 표현 "드릴 비트(drill bit)" 또는 "나사 탭(thread tap)"은 모델 및 치수 특징에 관계없이 뼈를 드릴링하기 위한 임의의 도구를 지칭하는 일반적인 용어로서 사용된다.
이하에서는 치과용 임플란트 분야와 연관된 바람직한 실시예가 설명될 것이다. 임플란트용 모터를 제어하기 위한 그러한 전자 장치는 모터에 대한 연결 박스 및 사용자를 위한 주변기기 인터페이스(둘은 사용자에 의해 서로에 대해 제거 가능하거나 제거 불가능할 수 있음)로 구성되며, 하기의 특징에 의해 특징지어진다:
1. 사용자에 의해 선택될 수 있는 기능은 모터에 의해 소비되는 전류를 즉시, 즉 실시간으로 기록하는 것을 활성화시킨다.
2. 박스 또는 주변기기의 메모리에서, 하기에 설명되는 후처리 알고리즘은 모터에 의해 소비되는 전류의 실시간 신호를, 이러한 도구의 위치(깊이)의 함수로서 드릴링 도구에 인가되는 토크의 신호에 링크시킨다.
3. 데이터를 다른 전자 장치로 전송하기 위한 도구로서, 이러한 전송 도구는 WIFI 이미터 또는 케이블을 통한 연결 게이트(connection gate)이다.
장치 및 측정 방법은 모터로부터 뼈에 적용된 드릴링 도구까지의 전달 체인과 측정 데이터의 반환을 갖는 장치를 나타내는 개략도로 도 1에 도시되어 있다. 실선을 갖는 화살표는 운동의 전달 방향을 나타내고, 반대 방향으로의 점선을 갖는 화살표는 에너지 소비에 관한 정보의 전달 방향을 나타낸다. 이러한 도면에서, 통신 인터페이스를 통한 전송은 무선으로 수행되며(Wi-Fi, UWB 등과 같은 임의의 적합한 기술과의 통신을 나타내는 번개 표시), 이러한 바람직한 실시예에 따르면, 모터에 의해 소비되는 전류를 즉시 측정하기 위한 기능 유닛은 제어 장치의 상자에 구조적으로 통합되며; 변형예에 따르면, 이러한 유닛은 소형화되어 모터에 통합될 수도 있다.
치과용 임플란트 부위의 골질을 측정하기 위한 절차 동안, 임플란트 키트의 사용자는 우선 모터의 제어 콘솔을 통해 옵션을 선택할 수 있으며, 이에 의해 임플란트 부위의 준비에 필요한 뼈의 드릴링들 중 적어도 하나의 드릴링 동안, 모터에 의해 소비된 전류는 모터 연결 박스 또는 인터페이스로서 사용되는 주변기기(예를 들어, 디지털 태블릿)의 메모리에 기록된다. 제어 콘솔(도시되지 않음)은 바람직하게는 메뉴 및/또는 프로그램을 선택하고 외과의에 의해 이루어진 선택을 확인하기 위한 LCD 스크린 및 키(key) 또는 휠(wheel) 형태의 디스플레이 유닛을 포함한다.
다음에, 모터에 의해 소비되는 전류의 실시간 신호는 모터 연결 박스 또는 인터페이스로서 사용되는 주변기기에 바람직하게는 설치된 알고리즘에 의해 후처리된다. 따라서, 그러한 바람직한 실시예에서, 드릴링 작업 동안 수집된 데이터를 처리하기 위한 유닛은 박스에 통합되지만; 필요에 따라 그리고 처리 용량 측면에서의 제약에 따라, 원격 컴퓨터에 위치된 프로세서가 사용될 수도 있다. 이러한 경우에, 데이터 전송을 위한 인터페이스는 그럼에도 불구하고 제한 요인(limiting factor)을 구성하지 않을 정도로 충분히 빠른 속도를 제공해야 한다. 신호 처리는 예를 들어 국소 회귀(local regression), 사비츠키-골레이(Savitzky-Golay), 이동 평균, 가우스 필터링(Gaussian filtering) 등을 사용할 수 있다. 유리한 실시예에 따르면, 신호 처리는 또한 모터의 무부하 소비와 연관된 일정한 기여뿐만 아니라, 실제로는 상수에 의한 즉시 소비 곡선의 "오프셋(offset)", 즉 시프트(shift)만을 구성하는 사용자에 의해 가해지는 압력을 제거할 수 있다.
모터 각각은 이러한 모터가 생성할 수 있는 최대 가능한 출력을 구성하는 와트 단위의 정격 출력을 갖는다. 일반적으로 드릴링 단계 동안, 전압 자체가 일정하게 유지되기 때문에 전류 값으로부터 직접 결정될 수 있는 사용 전력은 이러한 정격 출력의 10% 내지 15%를 초과하지 않는다. 이와 반대로, 임플란트의 나사체결 단계 동안, 이러한 정격 출력의 80%, 심지어 그 초과까지의 훨씬 더 높은 값이 달성될 수 있다.
우선 모터의 즉시 출력과 즉시 토크(운동학적 전달 체인을 통해 드릴 비트에 의해 뼈에 가해짐) 사이의 연관성을 설정하는 전류의 후처리 신호는, 제2 단계에서, 드릴 비트의 유형 및 드릴링 속도를 사용함으로써, 드릴링 도구에 인가되는 토크를 이러한 도구의 위치(깊이)의 함수로서 나타내는 것을 가능하게 하며, 이러한 신호는 모터 연결 박스 또는 주변기기의 메모리에 기록되거나, 케이블 또는 WIFI에 의해 다른 전자 장치로 전송된다.
다시 말해서, 일반적으로 특정 프로그램을 통해 적용되고 콘솔에 의해 제어되는 모터의 속도(전형적으로 100 내지 1000 회전/분(rpm))는 한편으로는 드릴링 작업 동안에 1% 미만의 매우 작은 편차만을 가지며, 다른 한편으로는 사용되는 콘트라-앵글의 기어비(일반적으로 20:1)와 드릴링 도구로 사용되는 드릴 비트의 유형(특히, 나사산)과 조합된 이러한 모터 속도는 드릴링 시간을 관련 깊이와 명백하게 연관시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 도 3a와 도 3b의 대응에 비추어 볼 수 있는 바와 같이, 제안된 골질의 결정 방법은 그에 따라,
i. 전류의 후처리 신호;
ii. 사용된 드릴링 도구 모델;
iii. 모터의 작동 속도
로 구성된 입력 데이터를 특히 하기의 출력 데이터로 변환하는 것을 가능하게 한다:
a. 뼈 내부로의 깊이의 함수로서 골질의 신호;
b. 뼈의 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 전이부의 깊이;
c. 피질 영역의 평균 골질;
d. 섬유주 영역의 평균 골질;
e. 신뢰도 계수(confidence coefficient), 즉 피질 영역에서의 평균 골질 값과 관련된 0(낮은 신뢰도)과 1(높은 신뢰도) 사이의 수치. 바람직한 실시예에서, 이러한 계수는 피질 영역에서의 토크와 깊이 사이의 상관 계수, 피질 영역에서의 다항식 회귀의 나머지 부분 및 피질 영역에서의 신호 대 잡음비의 함수이다.
f. 신뢰도 계수, 즉 섬유주 영역에서의 평균 골질 값과 관련된 0(낮은 신뢰도)과 1(높은 신뢰도) 사이의 수치. 바람직한 실시예에서, 이러한 계수는 피질 영역 및 섬유주 영역에서의 토크와 깊이 사이의 상관 계수, 피질 영역 및 섬유주 영역에서의 다항식 회귀의 나머지 부분 및 피질 영역과 섬유주 영역에서의 신호 대 잡음비의 함수이다. 섬유주 영역의 신뢰도는 일반적으로 계산이 2개의 영역, 즉 피질 및 섬유주 영역에서의 신호 품질에 따라 달라지기 때문에 더 낮다. 그러나, 설명된 방법은 이러한 영역에서의 신뢰도 정도를 수학적으로 정량화하는 것을 가능하게 한다.
도 2a는 드릴링 길이가 약 8 ㎜이고 12 ㎜에서 정지되는 전형적인 드릴링 도구(나사 탭)를 도시하는 한편, 도 2b는 상업적으로 입수 가능한 인공 뼈(실제 뼈의 조성과 유사함)를 도시하며; 이것은 11 ㎜의 보다 연한 영역과 조합된 4 ㎜의 보다 조밀하고 단단한 영역을 갖는다.
도 3a 및 도 3b에는 전술한 방법에 따른 후처리된 측정치의 예가 도시되어 있다.
도 3a에 도시된 시간의 함수로서 소비된 전류 신호는 후처리되고, 전술한 입력 파라미터(모터 속도, 및 드릴링 도구로서 사용되는 나사 탭의 유형)의 함수로서 도 3b로부터 추론되는, 드릴링 도구의 팁에서의 뼈의 깊이의 함수로서의 토크 신호에 링크되었다. 이러한 도 3a 및 도 3b 각각에 있는 2개의 중첩된 그래프에 도시된 개별 측정은 두 유형의 인공 뼈에 대해 수행되었다:
- 유형 1: 6 ㎜인 피질 영역의 두께 및 양호한 품질의 섬유주 영역,
- 유형 4: 1 ㎜인 피질 영역의 두께 및 불량한 품질의 섬유주 영역.
출력 데이터를 설명하는 파라미터는 그래프에서 직접 볼 수 있다:
- 인공 뼈 1 및 인공 뼈 4는 드릴링 저항 rc = 25 N(곡선의 동일한 초기 기울기)에 해당하는 피질 골질을 갖는다.
- 인공 뼈 1은 6 ㎜(평탄역(plateau)의 시작 위치)의 피질 두께를 갖는 반면, 인공 뼈 4는 1 ㎜(평탄역의 시작)의 피질 두께를 갖는다.
- 8 ㎜, 다시 말해서 사용된 나사 탭의 총 길이에서 종단되는 평탄역을 따르는 음의 기울기 pt = dC/dz는 관계식 rt = rc - |pt|에 의해 섬유주 영역의 골질을 결정하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 이러한 측정으로부터, 인공 뼈 1은 드릴링 저항 rt = 16.5 N(pt = -8.5 N)에 해당하는 높은 섬유주 골질을 갖는 반면, 인공 뼈 4는 드릴링 저항 rt = 10 N(pt = -15 N)에 해당하는 낮은 섬유주 골질을 갖는 것으로 추론될 수 있다.
상기의 3 단계의 검출 단계, 즉 제1 선형 상승, 다음에 평탄역, 및 마지막으로 여전히 선형 감소 각각에 대해, 다항식 곡선 피팅(polynomial curve fitting)이 바람직하게는 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 임플란트용 모터를 제어하기 위한 전자 장치는 또한, 박스 또는 주변기기의 메모리에 설치되고, 전류의 후처리 신호 및 사용되는 드릴링 도구의 모델을, 예를 들어 BMI(Bone Mass Index) 또는 BMD(Body Mineral Density) 유형의 분류에 해당하는 골질을 분류하기 위한 이산 파라미터(정수)에 링크시키는 알고리즘을 포함하며, 이들 분류는 연속 변수에 의해 표현되지만 상이한 '부류'를 분리하는 통계적 결과 및 경험에 기초한 카테고리/등급과 관련하여 이들 값을 평가함으로써 실제로 사용된다.
따라서, 제안된 방법에 의해 얻어진 측정치와 골질의 이산 변수 등급(1, 2, 3, 4, ...)을 연관시켜서, 임플란트 식립과 연관된 위험의 함수로서 얻어진 결과의 유형학적 순위(예를 들어, 품질 1: 저항성 임플란트/매우 경미한 위험에 해당; 품질 2: 안정적인 임플란트, 낮은 위험; 품질 3: 잠재적으로 불안정한 임플란트, 높은 위험; 품질 4: 불안정한 임플란트, 매우 높은 위험)를 용이하게 매기는 것을 가능하게 한다.
임플란트용 모터를 제어하기 위한 전자 장치에 대한 바람직한 변형예에 따르면, 도 1의 나머지에 도시된 바와 같이, 다른 전자 장치로 데이터를 전송하기 위해 인터페이스가 이용 가능하며, 전송 도구는 바람직하게는 임의의 불필요한 추가 케이블을 회피하기 위해 WIFI 이미터로 구성된다.
게다가, 본 발명에 따른 장치 및 방법에 대한 바람직한 구현 변형예에 따르면, 외과의는 개인 선호도나 작업상의 제약에 따라 복수의 가능한 모델 중에서, 인터페이스 주변기기, 즉 콘솔을 통해 직접적으로 "사용되는 드릴링 도구의 모델"로 구성된 입력 데이터를 선택하는 것이 가능하다. 도구의 축을 따라 적어도 2배의 가변 직경의 섹션에 의해 특징지어지는 특수 드릴링 도구를 사용함으로써 측정이 실제로 수행될 수 있으며, 최대 직경은 바람직하게는 도구의 팁으로부터 거리 d에 위치되며, d는 2 ㎜ 내지 5 ㎜이다. 이러한 유형의 도구에 대한 2개의 예가 도 4a 및 도 4b에 제시되어 있다.
도 4a는 "최소-최대-최소" 프로파일을 갖는 가변 직경의 섹션에 의해 특징지어지는, 콘트라-앵글에 연결된 특수 드릴링 도구를 도시하며, 최대 직경에 의해 특징지어지는 부분은 길이 Lf(예를 들어 이후에 논의되는 도 5에서는 LF로도 지칭됨)를 가지며, 한편 도 4b는 "최소-최대-최소-최대-최소" 프로파일을 갖는 가변 직경의 섹션에 의해 그 일부가 특징지어지는, 콘트라-앵글에 연결된 특수 드릴 도구이다. 도 4b에 나타낸 특수 도구는, 뼈 구멍의 최적 태핑(tapping)(즉, 표준 드릴 도구의 경우와 같이, 나사 구멍의 생성)을 보장하고, (도 4a에 나타낸 도구와 같이) 피질-섬유주 분리부의 정확한 측정을 제공하는 추가적인 이점을 가져온다:
● (길이 LF에 걸친) 최대 직경에 의해 특징지어지는 '제1' 부분(즉, 뼈에 최초로 진입하는 부분)은 전류 또는 전류 미분을 측정하여 골질을 평가하고 피질-섬유주 분리부를 식별하는 역할을 하는 '프로브'이다.
● (길이 LF2에 걸친) 최대 직경에 의해 특징지어지는 '제2' 부분은 제1 부분이 구멍의 최적 나사산을 직접 생성하기에는 너무 짧은 경우(LF << LF2) 태핑 작업을 완료하는 역할을 한다.
따라서, 도 4b의 특수 드릴 도구의 사용은 후속 임플란트를 위한 최적의 나사산을 생성하기 위해 뼈 구멍을 태핑하는 추가 작업을 회피할 수 있게 한다. 명백하게, 최대 직경의 제1 부분(즉, '프로브')의 진입 및 전류 미분(및/또는 토크 미분)의 대응하는 평가가 너무 열등한 골질을 시사하는 경우, 드릴링 및 태핑 작업은 최대 직경의 '제2' 부분이 피질 영역에 진입하기 전에 즉시 중단되어, 그에 따라 뼈 병변을 최소화할 수 있다.
드릴 비트의 직경은 부정확한 드릴링의 위험(과도한 직경으로의 직접적인 드릴링은 뼈의 초기 균열 및/또는 과열을 야기할 위험이 있음)을 과도하게 증가시키지 않으면서 드릴링 단계의 수(따라서, 진동 및 열을 발생하는 반복된 동작과 연관된 위험)를 감소시키도록 최적화된다. 현재, 대부분의 드릴 비트 제조업체는 3 단계의 드릴링을 권장한다:
1. 2.2 ㎜ 직경의 드릴 비트에 의한 드릴링
2. 2.8 ㎜ 직경의 드릴 비트에 의한 드릴링
3. 3.0 또는 3.2 ㎜ 직경의 드릴 비트에 의한 드릴링
드릴링 품질은 3 가지 정성적 기준에 기초하고 있다:
1. 드릴 홀을 직경방향으로 가로지르는 뼈의 균열 없음
2. 골 표면에 실질적으로 수직인 구멍의 방향
3. 드릴링된 영역에서의 낮은 레벨의 열(파라미터를 정확하게 측정할 수 없음)
따라서, 상이한 가능한 드릴 비트 프로파일들 사이의 선택은 외과의를 위한 작업 프로토콜의 선택의 최적화 측면에서 향상된 유연성을 제공한다.
또한, 바람직한 실시예에 따르면, 임플란트가 수행되어야 하는 골질의 측정 및 결정 결과에 따라, 콘솔에 설치된 최적화 프로그램은 이전에 언급된 후속 드릴링 단계 동안의 드릴링 작업 후에 검출된 골질과 연관된 결과에 기초하여 특정의 적합한 프로그램을 자동으로 사전 선택하는 것을 가능하게 한다. 이것은, 예를 들어 다음 드릴링 단계에 사용될 드릴 비트의 크기 또는 심지어 모터 속도를 조정하고, 또한 뼈가 손상되지 않도록 인가 가능한 토크의 자동 제한을 결정하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 골자 내에서 개시된 장치 및 방법은 골질의 보다 정확한 정량적 측정치를 얻고, 특히 뼈의 피질 영역의 국부적 두께를 측정하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 장치 및 본 측정 방법은 상업적으로 입수 가능한 수많은 드릴링 도구에 적합하며, 모터 및 상업적으로 입수 가능한 표준 콘트라-앵글(교정 후)과 조합하여 사용될 수 있다는 이점을 갖는다.
본 장치와 본 방법은 또한 위급하다고 여겨지는 환자의 경우에, 훨씬 더 높은 정도의 측정 정밀도를 얻는 것을 가능하게 하는 특수 드릴 도구(임플란트 키트가 제공될 수 있음)와 함께 사용될 수 있다.
전술한 바람직한 실시예에 따르면, 골 구조물의 품질은, 모터에 의해 구동되는 드릴 비트와 같은 드릴링 도구의 도움으로 상기 골 구조물 내로 드릴링하는 제1 단계(A), 및 드릴링의 제1 단계(A) 동안의 모터에 의한 전류 소비량을 동시에 측정하는 제2 단계(B), 이어서, 제2 단계 후에 얻어진 전류 소비량 신호를 처리하여 모터에 의해 상기 드릴링 도구에 인가된 토크의 값을 얻는 제3 단계(C), 및 마지막으로 제3 단계(C) 후에 얻어진 토크 값과 드릴링의 제1 단계(A) 동안에 사용된 상기 드릴의 유형 및 모터의 회전 속도를 연관시켜서, 이것으로부터, 얻어진 토크 값과 상기 골 구조물의 깊이 사이의 관계를 추론하는 제4 단계(D)를 통해 결정된다. 이러한 방법에 따르면, 이러한 제4 단계(D) 후에 얻어진 골 구조물의 깊이와 토크 값 사이의 관계는 깊이의 함수로서 상기 골 구조물의 드릴링에 대한 기계적 저항을 결정하는 것을 또한 가능하게 한다.
다음에, 제4 단계(D) 후에 얻어진 골 구조물의 깊이와 토크 값 사이의 관계는 깊이의 함수로서 토크 값의 미분을 계산함으로써 드릴링에 대한 실질적으로 일정한 기계적 저항을 갖는 구역 및 이들과 연관된 깊이 레벨을 식별하는 것을 또한 가능하게 한다. 다음에, 상기 방법은, 토크 미분(예를 들어, 각각 피질 및 섬유주 영역의 드릴링 저항 rc 및 rt)에 직접적으로 의존하여, 연구되는 골 구조물에 대한 이산 값에 따라 유형학적으로 분류하는 후속 단계를 더 포함할 수 있다.
그러나, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 다른 전류 관련 값, 즉 전류 미분이 입력 파라미터로서 사용된다. 그러한 경우에, 전류 값을 측정하는 대신에, 전류 미분 값이 측정 유닛에 의해 직접 샘플링된다.
도 5의 상태도는, 깊이 z의 함수로서 뼈 품질 값, 즉 골질 값을 산출하기 위해, 모터의 회전 속도에 의존하는 현재 깊이 z(t)에 따라 전류 미분 값이 처리되는 방법을 설명한다.
절차는 하기의 단계에 의해 요약된다(본 상세한 설명에서는, 드릴링 도구의 활성 부분의 길이 LF가 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부에 해당하는 깊이보다 긴 것으로 간주됨):
1. 뼈에의 실제 침투 깊이를 식별하는 계산된 양 ztest는 0(zero)으로 초기화된다. Di[ztest(0)]도 또한 0으로 초기화된다. 피질 영과 섬유주 영역 사이의 분리부와의 교차를 나타내는 이산 변수 fCT도 0으로 초기화된다(드릴링 도구가 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부와 교차할 때까지 fCT는 0이 될 것임).
2. 뼈에 침투하기 전에, 전류 미분 값은 주로 콘트라-앵글 및 모터의 항복(yield)으로 인한 노이즈 변동을 제외하고는 거의 0이다. 따라서, 제1 논리 블록은 명백하게 충족된다(예). z(t)는 드릴링 도구의 활성 부분의 길이(LF)보다 작기 때문에, 드릴링 도구가 뼈 내로 진입할 때까지 ztest는 증가되지 않는다.
3. 드릴 도구가 뼈의 피질 영역(즉, 뼈의 외부 영역)에 진입하는 순간, 미분 di/dz는 양수가 된다. 제1 논리 블록뿐만 아니라, 제2 블록(미분 di/dz가 양수이기 때문임)도 충족되지 않으며(아니오); 따라서, 실제 깊이 ztest는 (도구의 실제 속도를 고려하여) 증가되고, ztest의 증가된 값에 해당하는 양 Di는 값 di/dz를 취한다.
4. 드릴링 도구(또는 그 일부)가 피질 영역 내부에 있는 동안에(즉, 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부와 교차하기 전에), 전류의 미분은 (피질 영역 내부의 골밀도의 약간의 증가로 인한 느린 약간의 증가 또는 신호 노이즈로 인한 작은 변동을 제외하고) 거의 일정하며, 이는 침투 길이(및 드릴링 도구와 피질 재료 사이의 접촉면)의 선형 증가가 요구 토크 및 전류의 선형 증가에 해당하기 때문이다. 제1 및 제2 논리 블록이 충족되지 않는다(둘 모두가 값 "아니오"를 취함). 따라서, 실제 깊이 ztest는 증가되고, 양 Di는 일정하거나, di/dz의 새로운 값이 이전 값보다 약간 큰 경우에 이러한 di/dz의 새로운 값을 취한다.
5. 드릴링 도구가 피질 영역 내부에 완전히 결합되지 않고 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부에 도달하는 경우, 전류 미분(및 토크 미분)은 (0 또는 이전 값보다 훨씬 작은 양수 값으로) 갑자기 감소하며; 뼈 내부(즉, 뼈의 섬유주 영역)로의 드릴링 도구의 추가 전진은 관련 추가 전류 공급을 필요로 하지 않는다. 제1 논리 블록뿐만 아니라, 제2 논리 블록이 충족된다(예)(이러한 경우에, 드릴링 도구는 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부에 해당하는 깊이보다 긺). 따라서, 실제 깊이 ztest는 증가되지 않는다.
6. 드릴링 도구의 활성 부분이 부분적으로 뼈 외부에 있을 때까지(즉, 피질 영역 내부의 드릴링 도구의 부분이 일정할 때까지) 실제 깊이는 증가되지 않는다. 드릴링 도구가 완전히 뼈 내부에 있고 피질 영역 내부의 드릴링 도구의 부분이 감소하기 시작하는 경우, 전류 미분은 음수가 되며; 드릴링 도구와 접촉하는 추가 섬유주 재료로 인한 기여는 드릴링 도구의 활성 부분과 접촉하는 피질 재료의 양의 감소를 보상하지 않는다. 따라서, 제1 논리 블록은 충족되지 않으며(아니오), 한편 제2 논리 블록은 충족된다(예)(미분 값이 음수이고 fCT가 여전히 0임). 실제 깊이 ztest는 증가되는 한편, '증분 전류 미분' Di는 감소된다(전류 미분 di/dz가 음수이기 때문임). 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부에 도달하며, 그에 따라 fCT는 1이 된다.
7. 드릴링 도구의 활성 부분이 완전히 섬유주 영역 내부에 있을 때까지 전류 미분은 음수가 된다. 이러한 지점에서 시작하여, 전류 미분은 (신호 노이즈 및 약간의 이질부를 제외하고) 0에 가까워진다. fCT가 1이므로, 제1 논리 블록 및 제2 논리 블록 모두가 충족되지 않으며, 그에 따라 측정 종료 시까지 실제 깊이가 증가된다.
피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부의 깊이보다 짧은 활성 부분을 갖는 특수 드릴 도구(도 4a의 도구와 같음)가 사용되는 경우에, 절차는 5번 지점부터 변경된다. 이러한 경우에, 드릴링 도구의 활성 부분이 완전히 피질 영역 내부에 있을 때(즉, 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부에 도달하기 전에), 전류의 미분은 갑자기 0 또는 매우 낮은 값으로 감소한다. 이러한 경우에, 미분이 0이거나 0에 가까울 때, 상태도의 우측 부분에 있는 제2 논리 블록이 충족되지 않는다. 따라서, 드릴링 도구의 활성 부분이 피질 영역 내부에 있을 때까지 증분 전류 미분 Di는 일정하게 유지된다. 또한 도 4a의 도구와 같은 특수 도구의 경우, 6번 및 7번 지점은 유효하게 유지되며; 미분 di/dz의 음수 값은 증분 전류 미분 Di의 감소를 야기하여, 섬유주 영역의 감소된 밀도 및/또는 경도를 설명한다.
개략된 절차는 피질 골질 및 섬유주 골질을 각각 설명하는 2개의 값을 명확하게 식별할 수 있게 한다. 또한, 이 절차는 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부의 깊이를 식별할 수 있게 한다.
토크 미분 값, 및 그에 따라 골질 값을 산출하기 위해 입력 파라미터로서 전류 값 대신에 전류 미분 값을 사용하는 것은 하기의 이점을 갖는다. 첫째, 이것은, 전류 값을 후처리하여 이러한 값을 토크 값과 먼저 연관시킨 후에 이러한 토크 값으로부터 토크 미분 곡선을 도출하는 것이 먼저 필요한 방법과 비교하여, 상당한 계산 단계를 절약한다. 둘째, 토크 값은 노화 및 윤활 조건에 따라서 시간 경과에 따라 변할 수 있는 핸드피스의 성능 및 모터 자체의 성능에 영향을 받으며; 따라서, 제공된 측정치는 골밀도 및 경도와, 그에 따라 관련 품질에만 의존하지 않는다. 셋째, 토크 측정은 주어진 순간에 뼈 내로 삽입된 드릴링 도구의 전체 길이에 걸쳐 공간적으로 통합된 뼈에 의해 드릴링 도구에 인가되는 기계적 저항에 본질적으로 의존한다. 따라서, 이것은 매우 특정한 지점에서 국부적으로 밀도 및 경도를 결정할 수 있게 하는 국부적 측정이 아니다.
따라서, 이러한 계산 방법은 드릴링 저항 rc 및 rt를 각각 나타내는 섬유주 영역 및 피질 영역과 같은 균일한 밀도 및 경도의 영역을 보다 용이하게 식별할 수 있게 한다.
이전에 도 3b에 도시된 이러한 드릴링 저항 rc 및 rt는 8 ㎜의 길이를 갖는 동일한 드릴 비트에 의해 드릴링될 때 동일한 인공 뼈에 대한 깊이의 함수로서 전류 미분의 그래프를 도시하는 도 6a 및 도 6b의 관점에서 또한 훨씬 더 직관적인 방식으로 얻어질 수 있다. 실제로, 깊이(z)의 함수로서의 토크의 일정한 미분은, 초기 기울기로부터 도출되는 대신에, 피질 영역에 걸쳐 균질한 드릴링 저항 rc를 나타낸다. 다음에, 깊이가 드릴 비트의 길이(즉, 8 ㎜)를 초과한 후에 미분이 음수가 되는 경우, 값 |pt| = rc- rt가 얻어질 수 있고, 결국 섬유주 영역의 저항 rt가 얻어질 수 있다. 따라서, 이러한 깊이에서 모든 저항 값이 결정되기 때문에 측정이 중지될 수 있으며, 따라서 도 6a에서 나타낸 바와 같이, P측정종료는 약 9 ㎜로 설정될 수 있다.
도 6b는 증분 전류 미분 값이 뼈 유형, 즉 인공 뼈 1 및 인공 뼈 4 각각에 대한 드릴링 저항 값에 직접적으로 어떻게 매핑(mapping)될 수 있는지를 도시하며, 따라서 골질 스케일(도 6b의 우측)과의 매우 간단한 매핑을 허용한다. 본 경우에, rc1 = rc4이며, 이는 대략 0.34 A/㎜인 반면, rt1 = 0.22 A/㎜ 및 rt4 = 0.14 A/㎜이다. 이들 값은 토크의 공간 미분을 통해 이전에 얻어진 값에 해당하며, 대응하는 값들 사이의 수학적 관계식은 하기와 같다:
Figure pct00001
여기서, x는 증배 계수(multiplication factor)(콘트라-앵글이 20:1 CA인 경우는 20)이고, η는 CA의 항복이며, kt는 모터의 토크 상수(공급된 전류에 비례하는 토크의 값을 정의함)이다.
도 7a 및 도 7b는 직경이 최대인 부분에 해당하는 길이 Lf가 감소된, 도 4a에 개시된 드릴과 같은 특수 드릴에 의해 드릴링 저항 값이 추가로 얻어질 수 있는 것을 도시한다. 이들 도면은 드릴링 저항에 대해 동일한 값을 산출하지만(실제로 도 6b 및 도 7b는 동일함); 피질 영역의 깊이보다 짧은 드릴의 감소된 길이는 하기의 유리한 특성을 가질 수 있게 한다: 드릴 비트가 이러한 영역 내에 완전히 결합되자마자 미분이 0으로 떨어지고(도 7a에 있어서 z = 0.5에서의 강하 참조), 그러면 측정이 중지될 수 있는 깊이 P측정종료는 각각의 피질 영역의 종료 직후, 즉, 인공 뼈 4의 경우 약 1.5 ㎜, 인공 뼈 1의 경우 6.5 ㎜일 수 있다. 결과적으로, 전체 드릴링 작업이 보다 짧아질 수 있으며, 이러한 작업은 또한 덜 침습적이고 마찰로 인한 가열이 덜 발생할 수 있다.
입력으로서 전류 미분 값을 갖는 이러한 계산 방법 및 이러한 특수 드릴을 이용하는 다른 이점은 피질 영역과 섬유주 영역에 대한 각각의 저항 값이 반대 부호의 미분 값에 의해 산출된다는 것이다. 미분의 부호 변화를 갖는 크로스오버(crossover)는 측정에 대한 노이즈의 영향을 감소시킬 수 있다.
그러나, 사용되는 드릴의 유형에 관계없이, 입력으로서 전류 미분 값을 사용하는 것은 미분 값이 하나의 이산 값으로부터 다른 이산 값으로 크게 점프하는 영역 사이의 전이부를 용이하게 식별할 수 있게 한다는 것이 이해될 수 있다. 따라서, 제공된 결과는 입력 신호의 임의의 후처리를 동시에 분배하면서 보다 정확하고 신뢰성이 있을 수 있다.
본 발명의 골자에 있어서, 골 구조물의 품질에 대한 3차원 모델링의 측면에서 보다 정확한 결과를 제공하는 것이 또한 가능하다. 실제로, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 영역 사이의 전이부가 수평 평면에 따라 명확하지 않고, 대신에 부분적인 일부 수직 중첩이 있을 수도 있다. 도 8a의 시상 단면도는 섬유주 영역과 피질 영역의 수직방향 인터로킹(interlocking)을 강조하는 한편, 수평 평면 A-A에서의 단면도는 초과적층된(overstacked) 섬유주 영역의 각도 비율을 나타낸다.
골질을 보다 정확하게 정량화할 수 있도록, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 드릴 비트의 각각의 완전한 회전에 대해 적어도 10배의 속도로 전류 관련 값을 샘플링하도록 배열된다. 핸드피스의 감속비가 20:1인 것으로 선택되고 모터 속도가 약 400 rpm인 경우, 장치는 초당 적어도 5개의 측정 데이터를 수집하며; 드릴 비트는 3 초마다 완전한 회전을 실행하고, 따라서 드릴 비트의 각각의 회전에 대해 15개의 측정 데이터가 이용 가능하다. 따라서, 골질의 양호한 각도 분포를 얻는 것이 가능하며; 드릴 비트의 완전한 회전에 걸친 데이터의 분산은 상이한 배향에 따른 밀도/경도에 영향을 미치는 국부적 변동의 진폭에 대한 아이디어를 제공한다.
골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치는 또한 바람직하게는 콘트라-앵글의 로터 및 따라서 드릴 비트의 정확한 배향을 알기 위해 각도 센서에 기초한 인덱싱 시스템(indexing system)을 포함한다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 각도 센서는 예를 들어 홀 센서(hall sensor), 자기 센서, 광학 센서 또는 전기 센서일 수 있다. 이러한 방식으로, 모터의 각도 위치에 대한 드릴 비트의 상대적인 각도 배향을 항상 아는 것을 보장함으로써, 뼈 내부의 드릴 비트의 정확한 배향을 결정하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치가 압출된 직경이 드릴 비트의 평균 직경보다 적어도 20% 더 큰 것을 생성하는 비원형의 비대칭 드릴 비트를 포함하는 것을 추가로 제공하는 경우, 침투 깊이의 함수뿐만 아니라 각도 배향의 함수로서 골질의 변동을 아는 것이 가능하기 때문에, 골질의 3D 표현을 얻는 것이 가능하다. 그러한 비대칭 드릴 비트의 예가 도 10에 도시되어 있다.
본 발명의 변형 실시예에 따르면, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치는 특정 드릴 비트, 콘트라-앵글 핸드피스 또는 모터에 따라 분류 기준을 규정할 수 있게 하는 교정 및 벤치마킹 도구를 더 포함한다. 그러한 교정 시스템의 예가 도 11에 도시되어 있으며, 여기서 도면의 좌측 부분은 드릴링될 재료의 상이한 벤치마크 피스를 나타내고, 우측 부분에는 모듈 방식이든 아니든 토크미터, 가속도계 및 또한 비디오 카메라가 설치된 콘트라-앵글 핸드피스의 개략도가 있다.
예로서, 하기의 교정 절차가 수행될 수 있다:
- 치과용 유닛, 탁상용 제어 유닛 또는 모듈식 교정 시스템에 통합된 카메라를 통해 드릴링 비트의 이미지를 수집하며, 드릴 비트의 테일(tail)이 정규화되면, 이미지의 스케일을 얻고, 결국 드릴링 도구의 활성 직경 및 활성 길이를 추출하기 용이하며;
- 장착된 드릴 비트로 재료의 샘플(여기서는 4개의 샘플, 즉 Q1, Q2, Q3, Q4) 내로 드릴링할 때 전류 미분 데이터를 측정하고; 초기 미분 값의 측정은 골질의 파라미터를 설정하기에 충분하고;
- 이전 교정 단계에 대한 대안으로서, 전류 미분 데이터와 동시에 드릴 비트의 팁에 인가된 토크를 (예를 들어, 드릴의 상부에 조정 가능한 마찰을 인가하는 수지 슬리브와 같은 토크미터를 통해) 측정하고; 그러한 경우에, 토크 값과 기준 골질 사이의 상관 스케일이 설정되어 있으면, 여러 개의 재료 블록을 가질 필요가 없고, 하나면 충분하며;
- 속도의 일관성을 확인하기 위해 드릴링 시에 가속도계 및 비디오 카메라를 통해 회전 속도를 제어하고; 속도가 불안정한 경우, 판매후 개입이 요구되거나 드릴 비트가 적합하지 않은 것으로 간주된다.
이러한 방식으로, 장치와 호환되는 새로운 드릴 비트, 새로운 핸드피스 또는 새로운 모터가 시장에 출시될 때, 데이터베이스의 업데이트 및/또는 판매후 인력 개입에 대한 필요성이 없다.
이전의 설명으로부터, 상기에서 상술된 바람직한 실시예의 특징은 소망에 따라 조합될 수 있으며, 특히 드릴 비트와 관련된 특징은 토크 미분 값, 및 따라서 골질을 계산하는 데 사용되는 입력 파라미터와 상관없이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (14)

  1. 드릴 비트와 같은 드릴링 도구에 운동학적으로 연결된 모터를 제어하기 위한 장치를 포함하는 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치에 있어서,
    드릴링 작업 동안에 상기 모터에 의해 소비되는 전류 관련 값을 순간적으로 측정하기 위한 측정 유닛뿐만 아니라, 상기 드릴링 작업과 동시에 상기 측정 유닛에 의해 수집된 데이터를 처리하기에 적합한 처리 유닛을 더 포함하며, 상기 처리 유닛은 마찬가지로, 얻어진 전류 관련 신호 값을 처리하여, 상기 드릴링 도구에 상기 모터에 의해 인가된 토크의 미분 값을 얻고, 상기 얻어진 토크 미분 값을 상기 드릴링 작업 동안에 사용된 드릴의 유형 및 상기 모터의 회전 속도와 상관시켜서 이것으로부터 상기 획득된 토크 미분 값과 상기 골 구조물의 깊이 사이의 관계를 추론하기에 적합하고, 상기 토크 미분 값은 드릴링 저항에 해당하고, 따라서 골질을 규정하는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류 관련 값은 후처리되고 상기 골 구조물의 깊이의 함수로서 상기 모터에 의해 인가된 토크의 신호에 링크된 전류 값이고, 상기 골질은 상기 산출된 토크 값의 도함수에 의해 규정되는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전류 관련 값은 토크 미분 값 및 따라서 골질 값을 직접 산출하는 전류 미분 값인 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주어진 깊이에 걸친 일정한 미분 값은 골질의 별개의 부류로 분류되는 균질한 밀도 및 경도의 영역을 식별할 수 있게 하는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 드릴 비트는 최소 값과 최대 값 사이의 범위에 있는 가변 직경 프로파일을 가지며, 상기 최소 값과 상기 최대 값 사이의 비율은 적어도 2와 동일한 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 드릴 비트의 정확한 배향을 알기 위해 드릴을 위한 인덱싱 시스템 및 콘트라-앵글의 로터를 위한 각도 센서를 더 포함하는, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 측정 유닛은 상기 드릴 비트의 각각의 완전한 회전에 대해 적어도 10배의 속도로 전류 관련 값을 샘플링하도록 배열되는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 드릴 비트의 평균 직경보다 적어도 20% 더 큰 압출된 직경을 생성하는 비대칭 단면의 드릴 비트를 더 포함하는, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 콘트라-앵글 핸드피스, 드릴 비트 및/또는 모터에 적합한 교정 및 벤치마킹 도구를 더 포함하는, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 드릴 비트는 사전결정된 기어비를 결정하고 복수의 유형의 상이한 드릴과 호환되는 콘트라-앵글 핸드피스 상에 제거 가능한 방식으로 장착되는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치에는 디스플레이 유닛 및 제어 인터페이스가 구비된 콘솔이 추가로 제공되어, 외과의가 사용되는 드릴의 유형을 결정하고 상기 모터의 회전 속도를 설정할 수 있게 하는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 콘솔은 상기 드릴링 작업 후에 검출된 골질과 관련된 결과에 기초하여 적합한 특정 프로그램을 자동으로 사전 선택하는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치에는 측정 데이터의 전송을 위한 무선 통신 인터페이스가 추가로 제공되는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치는 피질 및 섬유주 골질을 각각 설명하는 2개의 이산 값을 산출하고, 뼈의 피질 영역과 섬유주 영역 사이의 분리부의 깊이를 식별하도록 배열되는 것인, 골 구조물의 품질을 결정하기 위한 장치.
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